(57)【要約】【課題】一定のピッチで平行に多数積層される平板状のフィンと、所定のピッチでフィンに略直角に挿入される偏平状の伝熱管から構成されるフィンアンドチューブ式の熱交換器のフィンのピッチを容易に正確に保持すること。【解決手段】フィン１０１ａおよびフィン１０１ｂの、気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する伝熱管４の間の領域に、フィン１０１ａおよびフィン１０１ｂが交互に積層される一定のピッチと等しい高さの、気体の主流方向に開口し、フィン１０１ａおよびフィン１０１ｂの同じ面側に凸となる切り起こしを、隣接するフィン１０１ａとフィン１０１ｂでは異なる位置に設けることにより、切り起こし１２０ａと切り起こし１２０ｂはフィン１０１ａまたはフィン１０１ｂに嵌まり込むことなく、交互に積層されるフィン１０１ａおよびフィン１０１ｂの一定間隔を容易に正確に保持することができる。【選択図】図３
2005121317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定のピッチで平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体が流動する多数の平板状のフィンと、前記フィンに略直角に所定のピッチで挿入されるとともに、前記フィンに密着接合され、内部を水や冷媒などの流体が流動する断面外周が偏平状の伝熱管から構成されるフィンアンドチューブ式の熱交換器において、前記フィン表面の前記気体の主流に直角方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に、前記フィンが積層される一定のピッチと等しい高さの、前記気体の主流方向に開口し、前記フィンの同じ面側に凸となる切り起こしを、隣接する前記フィン間では異なる位置に設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記フィン表面の前記気体の主流に直角方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に、前記気体の主流方向に開口する複数のルーバーを設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱交換器の製造方法であって、前記フィン表面の前記気体の主流に直角方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に、前記フィンが積層される一定のピッチと等しい高さの、前記気体の主流方向に開口し、前記フィンの同じ面側に凸となる切り起こしを、直角方向に隣接する前記伝熱管の間の領域の中心点に対して非対称な位置に設けた同じ形状の前記フィンを連続成形した後、前記フィンを積層する際、隣接する前記フィンを交互に、直角方向に上下逆方向に積層することにより、前記切り起こしを、隣接する前記フィン同士では異なる位置に設けたことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の熱交換器の製造方法であって、前記フィンの表面の、前記気体の主流方向に直角方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に、前記フィンが積層される一定のピッチと等しい高さの、前記気体の主流方向に開口し、前記フィンの同じ面側に凸となる切り起こしを、直角方向に隣接する前記伝熱管の間の隣り合う2つの領域の中心点に対して非対称な位置に設けた同じ形状の前記フィンを連続成形した後、前記フィンを積層する際、隣接する前記フィンを、直角方向の上下に交互に1段ずらして積層することにより、前記切り起こしを、隣接する前記フィン同士では異なる位置に設けたことを特徴とする熱交換器を製造する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機や冷凍機などに使用され、多数積層された平板状のフィンの間を流動する空気などの気体と偏平状の伝熱管内を流動する水や冷媒などの流体との間で熱を授受するフィンアンドチューブ式の熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、多数積層された平板状のフィンと偏平状の伝熱管とで構成されるフィンアンドチューブ式の熱交換器は、図７に示すように、一定間隔で平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体が流動する多数の平板状のフィン１と、これらのフィン１に略直角に所定のピッチで挿入され、内部を水や冷媒などの流体が流動する、断面外周が偏平状の伝熱管４および、伝熱管４の両端それぞれが接続され、伝熱管４とともに冷媒流路を形成するヘッダー５とから構成され、製造されている。
【０００３】
そして従来の熱交換器のフィン1は、図８や図９に示すように、積層されるフィン１の一定間隔を保持するために、フィン１に根元の幅より先端の幅が広い逆台形状の立ち上げ片１２が設けられている。なお、フィン１には、伝熱管４を挿入するため、貫通穴１３が設けられている（例えば特許文献１および特許文献２参照）。
【特許文献１】実開昭６０−６０５９０号公報（第１頁、第２図）
【特許文献２】特開平３−６３４９９号公報（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の構成では、立ち上げ片１２は、根元を除いて、フィンから切り取られ、フィンベースにほぼ垂直に立ち上げ加工しただけの構造であるため、立ち上げ片は容易に倒れてしまい、多数積層されるフィン１の一定間隔を正確に保持するという本来の目的を果たせないという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、多数積層されるフィンの一定間隔を容易に正確に保持するとともに、平板状のフィンと偏平状の伝熱管とを良好に密着接合することができる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、フィンの表面の、気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する伝熱管の間の領域に、前記フィンが積層される一定のピッチと等しい高さの、前記気体の主流方向に開口し、前記フィンの同じ面側に凸となる切り起こしを、隣接する前記フィン同士では異なる位置に設けたものである。
【０００７】
上記構成のように、前記フィンが積層される一定のピッチと等しい高さの、前記気体の主流方向に開口し、前記フィンの同じ面側に凸となる切り起こしを、隣接する前記フィン同士では異なる位置に設けたことによって、通風抵抗をほとんど増大させることなく、積層される前記フィンの一定間隔を容易に正確に保持することができるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の熱交換器は、フィンの表面の、気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する伝熱管の間の領域に、前記フィンが積層される一定のピッチと等しい高さの、前記気体の主流方向に開口し、前記フィンの同じ面側に凸となる切り起こしを、隣接する前記フィン同士では異なる位置に設けたもので、この構成によれば、積層される前記フィンの
一定間隔を容易に正確に保持することができるとともに、通風抵抗をほとんど増大させることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、フィンの表面の、気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する伝熱管の間の領域に、前記フィンが積層される一定のピッチと等しい高さの、前記気体の主流方向に開口し、前記フィンの同じ面側に凸となる切り起こしを、隣接する前記フィン同士では異なる位置に設けたことにより、前記切り起こしの高さは積層されるフィンのピッチと等しいので、積層される前記フィンの一定間隔を容易に正確に保持することができるとともに、前記切り起こしは前記気体の主流方向に開口しているので、通風抵抗をほとんど増大させることない。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明の熱交換器において、前記フィンの表面の、前記気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に、前記気体の主流方向に開口する複数のルーバーを設けたので、ルーバーの気流混合作用と温度境界層前縁効果により、優れた通風特性と伝熱性能を得ることができる。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明の熱交換器の製造方法であって、前記フィンの表面の、前記気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に、前記フィンが積層される一定のピッチと等しい高さの、前記気体の主流方向に開口し、前記フィンの同じ面側に凸となる切り起こしを、段方向に隣接する前記伝熱管の間の領域の中心点に対して非対称な位置に設けた同じ形状の前記フィンを連続成形した後、前記フィンを積層する際、隣接する前記フィンを交互に、段方向に上下逆方向に積層することにより、前記切り起こしを、隣接する前記フィン同士では異なる位置に設けたことを特徴とする熱交換器を製造する製造方法であって、前記切り起こしを、隣接する前記フィン同士では異なる位置に設けるが、前記フィンは同じ形状のもの一種類だけを連続成形するだけでよく、金型の投資額や補修費を抑制することができ、生産性も良い。
【００１２】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の熱交換器の製造方法であって、前記フィンの表面の、前記気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に、前記フィンが積層される一定のピッチと等しい高さの、前記気体の主流方向に開口し、前記フィンの同じ面側に凸となる切り起こしを、段方向に隣接する前記伝熱管の間の隣り合う2つの領域の中心点に対して非対称な位置に設けた同じ形状の前記フィンを連続成形した後、前記フィンを積層する際、隣接する前記フィンを、段方向の上下に交互に1段ずらして積層することにより、前記切り起こしを、隣接する前記フィン同士では異なる位置に設けたことを特徴とする熱交換器を製造する製造方法であって、前記切り起こしを、隣接する前記フィン同士では異なる位置に設けるが、前記フィンは同じ形状のもの一種類だけを連続成形するだけでよく、金型の投資額や補修費を抑制することができ、生産性も良い。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１５】
また、本発明の実施形態の熱交換器の基本構成および基本の製造方法は、従来の技術で述べた図７に示した多数積層された平板状のフィンと偏平状の伝熱管とで構成される一般的なフィンアンドチューブ式の熱交換器と同じなので説明を割愛し、そのフィン形状とそのフィンの加工と積層する製造方法に特徴があるので、それらについて詳しく説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の隣接するフィン１０１ａ、１０１ｂのそれぞれの正面図、図２は図1の本発明の実施の形態１における熱交換器のフィン１０１ａとフィン１０１ｂを交互に積層した状態の図１におけるＡ−Ａ断面の拡大図、図３は図1の本発明の実施の形態１における熱交換器のフィン１０１ａとフィン１０１ｂを交互に積層した状態を風上から見た拡大側面図である。
【００１７】
図１、図２、図３において、フィン１０１aおよびフィン１０１bには、断面外周が偏平状の伝熱管４をフィン１０１aおよびフィン１０１bに略直角に所定のピッチで挿入するための貫通穴１３が設けられている。気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する伝熱管４が挿入される貫通穴１３の間の領域に、フィン１０１aとフィン１０１bが交互に積層されるときの一定のフィンピッチＰｆと等しい高さの、気体の主流方向に半円状に開口し、フィン１０１aおよびフィン１０１bの表面側に凸となる切り起こし１２０aと切り起こし１２０bを、風上前縁近傍と風下後縁近傍に、フィン１０１aの切り起こし１２０aは伝熱管４が挿入される貫通穴１３の段方向下側近傍に、フィン１０１bの切り起こし１２０bは伝熱管４が挿入される貫通穴１３の段方向上側近傍に、設けられている。
【００１８】
また、フィン１０１aおよびフィン１０１bの、段方向に隣接する伝熱管４が挿入される貫通穴１３の間の領域には、気体の主流方向に開口し、段方向に隣接する伝熱管４が挿入される貫通穴１３の間の領域の中心点に対して対称な形状の複数のルーバー１７が設けられている。
【００１９】
したがって、フィン１０１ａを段方向の上下が逆になるまで表裏を変えずに回転させるとフィン１０１ｂの形状となり、フィン１０１ａとフィン１０１ｂは、同じ金型を使って連続成形することができる。
【００２０】
フィン１０１ａと、フィン１０１ａを段方向の上下逆になるよう表裏を変えずに回転させたフィン１０１ｂは、交互に多数積層されるが、このとき一定のフィンピッチＰｆと等しい高さの切り起こし１２０ａと切り起こし１２０ｂが隣接するフィン１０１ａまたはフィン１０１ｂに当たって、一定のフィンピッチＰｆが確保されて積層される。
【００２１】
この後、フィン１０１ａおよびフィン１０１ｂの貫通穴１３に伝熱管４が挿入され、さらに伝熱管４の両端それぞれにヘッダ５を嵌め合わせ、炉中ロー付けなどにより、フィン１０１ａおよびフィン１０１ｂと伝熱管４、伝熱管４とヘッダー５に密着接合され、フィンアンドチューブ式の熱交換器が製造されされるのは一般的なフィンアンドチューブ式の熱交換器の製造法と同様である。
【００２２】
以上のように構成された熱交換器およびその製造方法について、以下その動作、作用を説明する。
【００２３】
本実施の形態においては、まず、フィン１０１ａと１０１ｂの、段方向に隣接する伝熱管４が挿入される貫通穴１３の間の領域に、フィン１０１ａおよびフィン１０１ｂが積層される一定のピッチＰｆと等しい高さの、気体の主流方向に開口し、フィン１０１ａおよび１０１ｂの表面側に凸となる切り起こし１２０ａと１２０ｂを、隣接するフィン１０１ａとフィン１０１ｂでは異なる位置に設けたことにより、フィン１０１ａとフィン１０１ｂを交互に多数積層するとき、切り起こし１２０ａと切り起こし１２０ｂはフィン１０１ａまたはフィン１０１ｂに嵌まり込むことなく、また切り起こし１２０ａおよび切り起こし１２０ｂの高さは積層されるフィン１０１ａとフィン１０１ｂのピッチＰｆと等しく、切り起こし１２０ａおよび切り起こし１２０ｂは気体の主流方向に半円状に開口しており簡単に変形することが少ないので、積層されるフィン１０１ａとフィン１０１ｂの一定間隔を容易に正確に保持することができるとともに、切り起こし１２０ａおよび切り起こし
１２０ｂは気体の主流方向に開口しているので、通風抵抗をほとんど増大させることなく、温度境界層前縁効果により、伝熱性能を若干向上されることができる。
【００２４】
また、本実施の形態では、フィン１０１ａおよびフィン１０１ｂの、気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する伝熱管４が挿入される貫通穴１３の間の領域に、気体の主流方向に開口する複数のルーバー１７を設けたので、ルーバー１７の気流混合作用と温度境界層前縁効果により、優れた通風特性と伝熱性能を得ることができる。
【００２５】
また、本実施の形態の熱交換器の製造方法は、フィン１０１ａを段方向の上下逆になるよう表裏を変えずに回転させるとフィン１０１ｂの形状となるようにしているので、フィン１０１ａとフィン１０１ｂは、同じ金型を使って連続成形することができる製造方法であって、切り起こし１２０ａと切り起こし１２０ｂは、フィン１０１ａとフィン１０１ｂの異なる位置に設けられているが、フィン１０１ａとフィン１０１ｂは実質的に同じ形状のもの一種類だけを連続成形し、積層する際フィンを交互に段方向の上下反対方向に回転させるだけでよく、金型の投資額や補修費を抑制することができ、生産性も良い。
【００２６】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における熱交換器の隣接するフィン２０１ａ、２０１ｂのそれぞれの正面図、図５は図４の本発明の実施の形態２における熱交換器のフィン２０１ａとフィン２０１ｂを交互に積層した状態の図４におけるＢ−Ｂ断面の拡大図、図６は図４の本発明の実施の形態２における熱交換器のフィン２０１ａとフィン２０１ｂを交互に積層した状態を風上から見た拡大側面図である。
【００２７】
図４（a）、（b）、図５、図６において、フィン２０１aおよびフィン２０１bには、断面外周が偏平状の伝熱管４をフィン２０１aおよびフィン２０１bに略直角に所定のピッチで挿入するための貫通穴１３が設けられている。気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する伝熱管４が挿入される貫通穴１３の間の領域に、フィン２０１aとフィン２０１bが交互に積層されるときの一定のフィンピッチＰｆと等しい高さの、気体の主流方向に半円状に開口し、フィン２０１aおよびフィン２０１bの表面側に凸となる切り起こし２２０aと切り起こし２２０bを、風上前縁近傍と風下後縁近傍に、フィン２０１aの切り起こし２２０aは伝熱管４が挿入される貫通穴１３のうち、段方向に上から数えて偶数段の貫通穴１３の段方向の上側近傍と下側近傍の両方に、フィン２０１bの切り起こし２２０bは伝熱管４が挿入される貫通穴１３のうち、段方向に上から数えて奇数段の貫通穴１３の段方向上側近傍と下側近傍に、設けられている。
【００２８】
また、フィン２０１aおよびフィン２０１bの、段方向に隣接する伝熱管４が挿入される貫通穴１３の間の領域には、気体の主流方向に開口する同じ形状の複数のルーバー１８が設けられている。
【００２９】
したがって、フィン２０１ａを段方向の上下いずれかに1段ずらすとフィン２０１ｂの形状となり、フィン２０１ａとフィン２０１ｂは、同じ金型を使って連続成形することができる。
【００３０】
フィン２０１ａと、フィン２０１ａを段方向の上下いずれかに1段ずらしたフィン２０１ｂは、交互に多数積層されるが、このとき一定のフィンピッチＰｆと等しい高さの切り起こし２２０ａと切り起こし２２０ｂが隣接するフィン２０１ａまたはフィン２０１ｂに当たって、一定のフィンピッチＰｆが確保されて積層される。
【００３１】
この後、フィン２０１ａおよびフィン２０１ｂの貫通穴１３に伝熱管４が挿入され、さらに伝熱管４の両端それぞれにヘッダ５を嵌め合わせ、炉中ロー付けなどにより、フィン
１０１ａおよびフィン１０１ｂと伝熱管４、伝熱管４とヘッダー５が密着接合され、フィンアンドチューブ式の熱交換器が製造されるのは一般的なフィンアンドチューブ式の熱交換器の製造法と同様である。
【００３２】
以上のように構成された熱交換器およびその製造方法について、以下その動作、作用を説明する。
【００３３】
本実施の形態においては、まず、フィン２０１ａと２０１ｂの、段方向に隣接する伝熱管４が挿入される貫通穴１３の間の領域に、フィン２０１ａおよびフィン２０１ｂが積層される一定のピッチＰｆと等しい高さの、気体の主流方向に開口し、フィン２０１ａおよび２０１ｂの表面側に凸となる切り起こし２２０ａと２２０ｂを、隣接するフィン２０１ａとフィン２０１ｂでは異なる位置に設けたことにより、フィン２０１ａとフィン２０１ｂを交互に多数積層するとき、切り起こし２２０ａと切り起こし２２０ｂはフィン２０１ａまたはフィン２０１ｂに嵌まり込むことなく、また切り起こし２２０ａおよび切り起こし２２０ｂの高さは積層されるフィン２０１ａとフィン２０１ｂのピッチＰｆと等しく、切り起こし２２０ａおよび切り起こし２２０ｂは気体の主流方向に半円状に開口しており簡単に変形することが少ないので、積層されるフィン２０１ａとフィン２０１ｂの一定間隔を容易に正確に保持することができるとともに、切り起こし２２０ａおよび切り起こし２２０ｂは気体の主流方向に開口しているので、通風抵抗をほとんど増大させることなく、温度境界層前縁効果により、伝熱性能を若干向上されることができる。
【００３４】
また、本実施の形態では、フィン２０１ａおよびフィン２０１ｂの、気体の主流方向に直角方向すなわち段方向に隣接する伝熱管４が挿入される貫通穴１３の間の領域に、気体の主流方向に開口する複数のルーバー１８を設けたので、ルーバー１８の気流混合作用と温度境界層前縁効果により、優れた通風特性と伝熱性能を得ることができる。
【００３５】
また、本実施の形態の熱交換器の製造方法は、フィン２０１ａを段方向の上下いずれかに1段ずらすとフィン２０１ｂの形状となるようにしているので、フィン２０１ａとフィン２０１ｂの製造方法は、同じ金型を使って連続成形することができる製造方法であって、切り起こし２２０ａと切り起こし２２０ｂは、フィン２０１ａとフィン２０１ｂの異なる位置に設けられているが、フィン２０１ａとフィン２０１ｂは実質的に同じ形状のもの一種類だけを連続成形し、積層する際フィンを交互に段方向の上下反対方向に回転させるだけでよく、金型の投資額や補修費を抑制することができ、生産性も良い。
【００３６】
なお、上記各実施の形態では偏平状の伝熱管を用いているため、管の肉厚が同等でも、管径が小さいため、耐圧が大きくなり、特に圧力の高い二酸化炭素冷媒を用いる時に、上記各実施の形態の熱交換器が有効である。
【００３７】
また、偏平状の伝熱管の管内容積が小さいため、冷媒量を減らすことができ、可燃性冷媒であるＨＣ冷媒等を用いる時、上記各実施の形態の熱交換器が有効である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明にかかる熱交換器は、多数積層されるフィンの一定間隔を容易に正確に保持することが可能となるので、空気調和機や冷凍機、冷蔵庫などに使用され、多数積層された平板状のフィンの間を流動する空気などの気体と偏平状の伝熱管内を流動する水や冷媒などの流体との間で熱を授受するフィンアンドチューブ式の熱交換器に広く適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の隣接する２種類のフィンそれぞれの正面図
【図２】本発明の実施の形態１における熱交換器の２種類のフィンを交互に積層した状態の図１におけるＡ−Ａ断面の拡大図
【図３】本発明の実施の形態１における熱交換器の２種類のフィンを交互に積層した状態を風上から見た拡大側面図
【図４】本発明の実施の形態２における熱交換器の隣接する２種類のフィンそれぞれの正面図
【図５】本発明の実施の形態２における熱交換器の隣接する２種類のフィンを交互に積層した状態の図１におけるＡ−Ａ断面の拡大図
【図６】本発明の実施の形態２における熱交換器の２種類のフィンを交互に積層した状態を風上から見た拡大側面図
【図７】一般のフィンアンドチューブ熱交換器の基本構成を示す斜視図
【図８】第1の背景技術例のフィンの正面図
【図９】第２の背景技術例のフィンの正面図
【符号の説明】
【００４０】
４  伝熱管
１３  貫通穴
１７、１８  ルーバー
１０１ａ、１０１ｂ、２０１ａ、２０１ｂ  フィン
１２０ａ、１２０ｂ、２２０ａ、２２０ｂ  切り起こし
【図１】
2005121317.tif 000003
【図２】
2005121317.tif 000004
【図３】
2005121317.tif 000005
【図４】
2005121317.tif 000006
【図５】
2005121317.tif 000007
【図６】
2005121317.tif 000008
【図７】
2005121317.tif 000009
【図８】
2005121317.tif 000010
【図９】
2005121317.tif 000011